NL9001909A

NL9001909A - ELECTROMAGNETIC SUPPORT WITH SINGLE CONTROL CURRENTS.

Info

Publication number: NL9001909A
Application number: NL9001909A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1990-08-30
Filing date: 1990-08-30
Publication date: 1992-03-16
Also published as: US5264982A; JPH04245407A; EP0473231A1

Description

"Elektromagnetische ondersteuning met enkelzijdige regelstromen.""Electromagnetic support with single-sided control currents."

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het positioneren van een lichaam in tenminste een ondersteuningsrichting, waarbij het lichaam tussen een paar in de ondersteuningsrichting gezien tegenover elkaar gelegen elektromagneten is ondersteund, terwijl met behulp van een positiesensor en een elektronische regelaar een elektrische stroom in de beide elektromagneten van het paar regelbaar is als functie van een verschil tussen een met de positiesensor gemeten positie van het lichaam ten opzichte van de elektromagneten en een gewenste positie.The invention relates to a device for positioning a body in at least one support direction, wherein the body is supported between a pair of opposed electromagnets viewed in the support direction, while an electric current is supplied in the current with the aid of a position sensor and an electronic controller. both electromagnets of the pair are adjustable as a function of a difference between a position of the body measured with the position sensor relative to the electromagnets and a desired position.

Uit het tijdschrift Philips Technical Review, vol. 41, no. 11/12, 1983/84, bladz. 348-361, is een inrichting bekend van de in de aanhef genoemde soort, waarbij een as door middel van vijf paren elektromagneten zodanig is ondersteund dat alleen een rotatie van de as om de hartlijn van de as mogelijk is. Een door een elektromagneet op de as uitgeoefende kracht is nagenoeg evenredig met het kwadraat van de grootte van de stroom door de elektromagneet en nagenoeg omgekeerd evenredig met het kwadraat van de grootte van een luchtspleet tussen de elektromagneet en de as. Als gevolg van het genoemde verband tussen de elektromagnetische kracht en de grootte van de luchtspleet is de positie van de as ten opzichte van de elektromagneten zonder verdere maatregelen niet stabiel. Om bij de bekende inrichting een stabiele, gewenste positie van de as te handhaven wordt de positie van de as ten opzichte van elk paar elektromagneten gemeten met behulp van een positiesensor en wordt een door het verschil tussen de gemeten en de gewenste positie bepaalde regelstroom door de beide elektromagneten van het betreffende paar gestuurd. De grootte van de regelstroom wordt daarbij bepaald met een PID-regelaar.From the Philips Technical Review magazine, vol. 41, No. 11/12, 1983/84, p. 348-361, a device of the type mentioned in the preamble is known, in which an axis is supported by means of five pairs of electromagnets in such a way that only a rotation of the axis about the axis of the axis is possible. A force exerted on the shaft by an electromagnet is approximately proportional to the square of the magnitude of the current through the electromagnet and approximately inversely proportional to the square of the size of an air gap between the electromagnet and the shaft. Due to the said relationship between the electromagnetic force and the size of the air gap, the position of the shaft relative to the electromagnets is not stable without further measures. In order to maintain a stable, desired position of the shaft in the known device, the position of the shaft relative to each pair of electromagnets is measured with the aid of a position sensor and a control current determined by the difference between the measured and the desired position is both electromagnets of the respective pair sent. The magnitude of the control current is determined with a PID controller.

De door een elektromagneet op de as uitgeoefende kracht is -altijd een aantrekkende kracht, onafhankelijk van de richting van de_ stroom door de elektromagneet. Om met behulp van de elektromagneten een ondersteuning van de as te verkrijgen is het noodzakelijk dat de elektromagnetische krachten van de beide elektromagneten van een paar verschillend in grootte zijn. Bij de bekende inrichting wordt daartoe door de beide elektromagneten van elk paar een gelijke basisstroom gestuurd. De regelstroom wordt bij een van de beide elektromagneten bij de basisstroom opgeteld en bij de andere elektromagneet van de basisstroom afgetrokken, zodat bij een door een belastingskracht veranderde spleetgrootte de door de betreffende elektromagneten uitgeoefende krachten verschillend in grootte zijn. Het toepassen van een basisstroom betekent, dat er door de basisstroom elektrische weerstands-verliezen in de elektromagneten ontstaan, hetgeen tot warmte-ontwikke-ling in de elektromagneten leidt. Dit is niet onder alle omstandigheden toelaatbaar.The force exerted on the shaft by an electromagnet is always an attractive force, independent of the direction of the current through the electromagnet. In order to obtain a shaft support by means of the electromagnets, it is necessary that the electromagnetic forces of the two electromagnets are of a few different sizes. In the known device, an equal base current is sent for this purpose by the two electromagnets of each pair. The control current is added to the base current of one of the two electromagnets and subtracted from the base current of the other electromagnet, so that the forces exerted by the respective electromagnets are different in the case of a gap size which is changed by a load force. The use of a base current means that the base current causes electrical resistance losses in the electromagnets, which leads to heat development in the electromagnets. This is not permissible under all circumstances.

Het doel van de uitvinding is een inrichting voor het positioneren van een lichaam te verschaffen, waarbij een basisstroom door de elektromagneten wordt vermeden, zodat de elektrische weer-standsverliezen klein zijn.The object of the invention is to provide a device for positioning a body, whereby a base current through the electromagnets is avoided, so that the electrical resistance losses are small.

De uitvinding heeft daartoe tot kenmerk, dat tussen de regelaar en de beide met de regelaar geregelde elektromagneten een elektrische schakelaar is opgenomen, die in afhankelijkheid van de polariteit van een regelsignaal van de regelaar de stroom toelaat tot slechts een van de beide elektromagneten. Door toepassing van de elektrische schakelaar wordt bereikt, dat de door de regelaar in grootte bepaalde regelstroom slechts door een van de beide elektromagneten van het paar gaat, terwijl door de andere elektromagneet geen stroom loopt. Daarbij wordt door de polariteit van het regelsignaal bepaald welke elektromagneet van de regelstroom wordt voorzien en aldus een kracht uitoefent op het te ondersteunen en te positioneren lichaam. Doordat slechts door een van de beide elektromagneten een regelstroom gaat en een basisstroom vermeden wordt, zijn de elektrische weerstandsverliezen van de elektromagneten laag.The invention is therefore characterized in that an electric switch is included between the regulator and the two electromagnets controlled by the regulator, which, depending on the polarity of a control signal from the regulator, allows the current to flow to only one of the two electromagnets. By using the electric switch it is achieved that the control current determined by the regulator in size only passes through one of the two electromagnets of the pair, while no current flows through the other electromagnet. The polarity of the control signal thereby determines which electromagnet is supplied with the control current and thus exerts a force on the body to be supported and positioned. Because only one of the two electromagnets passes a control current and a base current is avoided, the electrical resistance losses of the electromagnets are low.

Een bijzondere uitvoeringsvorm van een inrichting volgens de uitvinding, die een elektrische schakelaar bezit met een nauwkeurig gedefinieerde nulovergang, heeft tot kenmerk, dat de elektrische _ schakelaar een schakeling is, waarbij tussen de regelaar en elk van de beide met de regelaar geregelde elektromagneten een voor de betreffende elektromagneet unieke elektronische gelijkrichter is geschakeld en waarbij de beide gelijkrichters elektrisch tegengesteld zijn gericht.A special embodiment of a device according to the invention, which has an electric switch with a precisely defined zero transition, is characterized in that the electric switch is a circuit in which between the controller and each of the two electromagnets controlled by the controller the respective electromagnet's unique electronic rectifier is switched and the two rectifiers are electrically opposite.

Op deze wijze wordt een nauwkeurige werking van de inrichting bereikt.In this way, accurate operation of the device is achieved.

Een verdere uitvoeringsvorm van een inrichting volgens de uitvinding, die een compacte en eenvoudig uitwisselbare elektrische schakelaar bezit, heeft tot kenmerk, dat de elektrische schakelaar een digitale regelaar met een logische schakelfunctie is.A further embodiment of a device according to the invention, which has a compact and easily exchangeable electric switch, is characterized in that the electric switch is a digital controller with a logic switching function.

Een nog verdere uitvoeringsvorm van een inrichting volgens de uitvinding, waarbij een aanzienlijke besparing is bereikt op het aantal benodigde elektrische componenten, heeft tot kenmerk, dat de elektrische schakelaar een schakeling is, waarbij tussen een door de regelaar aangestuurde, voor de beide elektromagneten gemeenschappelijke versterkereenheid en elk van de beide elektromagneten een voor de betreffende elektromagneet unieke diode is geschakeld en waarbij de beide dioden elektrisch tegengesteld zijn gericht.A still further embodiment of a device according to the invention, in which a considerable saving has been achieved on the number of electrical components required, is characterized in that the electrical switch is a circuit, in which an amplifier unit common to the two electromagnets controlled by the regulator and each of the two electromagnets is connected to a diode unique to the respective electromagnet and wherein the two diodes are electrically opposed.

De uitvinding wordt in het volgende nader toegelicht aan de hand van de tekening, waarin:The invention is explained in more detail below with reference to the drawing, in which:

Figuur 1 een zijaanzicht toont van een gemeenschappelijk deel van een eerste, een tweede en een derde uitvoeringsvorm van een inrichting volgens de uitvinding,Figure 1 shows a side view of a common part of a first, a second and a third embodiment of a device according to the invention,

Figuur 2 een bovenaanzicht toont van het gemeenschappelijke deel volgens figuur 1,Figure 2 shows a top view of the common part according to Figure 1,

Figuur 3 een dwarsdoorsnede toont van het gemeenschappelijke deel volgens de lijn III-III in figuur 2, ;Figure 3 shows a cross section of the common part along the line III-III in Figure 2,

Figuur 4a op schematische wijze de eerste uitvoeringsvorm ' toont van de inrichting volgens de uitvinding met een eerste elektronisch regelcircuit,Figure 4a schematically shows the first embodiment of the device according to the invention with a first electronic control circuit,

Figuur 4b op schematische wijze een elektronische gelijk- ! richter toont zoals toegepast in de uitvoeringsvorm volgens figuur 4a,Figure 4b schematically shows an electronic equal! adjuster as used in the embodiment of figure 4a,

Figuur 5 op schematische wijze een tweede uitvoeringsvorm toont van de inrichting volgens de uitvinding met een tweede elektronisch regelcircuit, enFigure 5 schematically shows a second embodiment of the device according to the invention with a second electronic control circuit, and

Figuur 6 op schematische wijze een derde uitvoeringsvorm toont van de inrichting volgens de uitvinding met een derde elektronisch regelcircuit.Figure 6 schematically shows a third embodiment of the device according to the invention with a third electronic control circuit.

De met de figuren 1 tot en met 6 geïllustreerde inrichting bezit een rechtgeleiding met een zich evenwijdig aan een in figuur 1 als x-richting aangegeven, horizontale richting uitstrekkende stalen geleidebalk 1 die nabij zijn beide uiteinden is bevestigd aan een gestel 3» waarbij een tafel 5 in de x-richting verplaatsbaar is langs de geleidebalk 1. Met behulp van in de figuren 1 tot en met 3 niet nader weergegeven aandrijftaiddelen kan een op de tafel 5 bevestigd voorwerp 7 in de x-richting gepositioneerd worden.The device illustrated with Figures 1 to 6 has a straight guide with a steel guide bar 1 extending horizontally parallel to a x direction indicated in Figure 1 as an x direction, which is attached to a frame 3 »near its two ends. 5 is movable in the x direction along the guide beam 1. With the aid of drive means not shown in more detail in Figures 1 to 3, an object 7 fixed on the table 5 can be positioned in the x direction.

De tafel 5 is voorzien van een ronde luchtvoet 9 van een uit de Nederlandse octrooiaanvrage 8902472 bekende soort. In bedrijf is de luchtvoet 9 met behulp van een met een onderdruk voorgespannen statisch gaslager van een op zichzelf gebruikelijke soort afgesteund op een granieten basisvlak 11, dat zich in een horizontaal vlak uitstrekt evenwijdig aan de x-richting en een dwars op de x-richting staande, horizontale y-richting (zie figuur 2). Door toepassing van de luchtvoet 9 in combinatie met het basisvlak 11 wordt een translatie van de tafel 5 in een dwars op het basisvlak 11 staande z-richting verhinderd, alsmede een rotatie van de tafel 5 om een evenwijdig aan de x-richting of de y-richting gerichte rotatie-as.The table 5 is provided with a round air foot 9 of a type known from Dutch patent application 8902472. In operation, the air foot 9 is supported on a granite base surface 11, which extends in a horizontal plane parallel to the x direction and a transverse to the x direction, with the aid of an underpressure-stressed static gas bearing of a customary type vertical, horizontal y direction (see figure 2). By using the air foot 9 in combination with the base plane 11, a translation of the table 5 in a z-direction transverse to the base plane 11 is prevented, as well as a rotation of the table 5 about a parallel to the x-direction or the y direction-oriented axis of rotation.

Een translatie van de tafel 5 evenwijdig aan de y-richting alsmede een rotatie van de tafel 5 om een evenwijdig aan de z-richting gerichte rotatie-as wordt voorkomen door toepassing van twee paren elektromagneten (13, 15) en (17, 19), waarbij de beide paren op enige afstand van elkaar zijn bevestigd in een lagerhuis 21 dat tussen de tafel 5 en de luchtvoet 9 is aangebracht en dat de geleidebalk 1 omgeeft (zie figuren 1 en 2). Zoals in figuur 2 is te zien, zijn de beide elektromagneten (13, 15) en (17, 19) van elk paar in y-richting gezien tegenover elkaar gelegen aan weerskanten van de geleidebalk 1.A translation of the table 5 parallel to the y direction as well as a rotation of the table 5 about an axis of rotation parallel to the z direction is prevented by using two pairs of electromagnets (13, 15) and (17, 19) the two pairs being spaced apart in a bearing housing 21 disposed between the table 5 and the air foot 9 and surrounding the guide beam 1 (see Figures 1 and 2). As can be seen in figure 2, the two electromagnets (13, 15) and (17, 19) of each pair in opposite y direction are opposed on either side of the guide beam 1.

Indien door de elektromagneten 13, 15, 17 en 19 een elektrische stroom gaat, zal elk van de elektromagneten 13, 15, 17 en 19 een aantrekkende, elektromagnetische kracht uitoefenen op de stalen geleidebalk 1. De grootte van deze kracht is nagenoeg evenredig met het kwadraat van de grootte van de stroom door de betreffende elektromagneet 13, 15, 17, 19 en nagenoeg omgekeerd evenredig met het kwadraat van de grootte van een luchtspleet 23 tussen de betreffende elektromagneet 13, 15, 17, 19 (zie figuur 2) en de geleidebalk 1. Als gevolg van het genoemde verband tussen de elektromagnetische kracht en de grootte van de luchtspleet 23 is een evenwichtsstand, waarin de aantrekkende krachten van de beide elektromagneten van elk paar (13, 15) en (17, 19) gelijk zijn, instabiel als de stroom door de elektromagneten 13, 15, 17, 19 een constante, ongeregelde stroom is. Indien namelijk de tafel 5 vanuit de evenwichtsstand over een kleine afstand wordt verplaatst evenwijdig aan de y-richting, zal de aantrekkende kracht van de elektromagneten, waarvan de luchtspleet 23 door de verplaatsing kleiner wordt, toenemen en zal de aantrekkende kracht van de elektromagneten, waarvan de luchtspleet 23 door de verplaatsing groter wordt, afnemen. Hierdoor ontstaat een resulterende kracht in de richting van de genoemde verplaatsing, zodat de verplaatsing verder zal toenemen.If an electric current passes through the electromagnets 13, 15, 17 and 19, each of the electromagnets 13, 15, 17 and 19 will exert an attractive electromagnetic force on the steel guide beam 1. The magnitude of this force is almost proportional to the square of the magnitude of the current through the respective electromagnet 13, 15, 17, 19 and almost inversely proportional to the square of the size of an air gap 23 between the respective electromagnet 13, 15, 17, 19 (see figure 2) and the guide bar 1. Due to the said relationship between the electromagnetic force and the size of the air gap 23, an equilibrium position in which the attractive forces of the two electromagnets of each pair (13, 15) and (17, 19) are equal is unstable if the current through the electromagnets 13, 15, 17, 19 is a constant, unregulated current. Namely, if the table 5 is moved a small distance from the equilibrium position parallel to the y-direction, the attractive force of the electromagnets, of which the air gap 23 becomes smaller due to the displacement, will increase and the attractive force of the electromagnets, of which the air gap 23 becomes larger as a result of the displacement. This results in a resulting force in the direction of the said displacement, so that the displacement will increase further.

Om een stabiele ondersteuning in de y-richting te verkrijgen is de stroom door de elektromagneten van de paren (13, 15) en (17, 19) geregeld door middel van respectievelijk elektronische regelcircuits 25a en 25b (zie figuur 2). De regelcircuits 25a en 25b zijn identiek. Elk van de beide paren elektromagneten (13, 15) en (17, 19) is voorzien van een kontaktloze capacitieve positiesensor 29, 31 van een op zichzelf gebruikelijke soort die is aangebracht in een der beide elektromagneten van het betreffende paar (13, 15), (17, 19) (zie figuur 2).To obtain stable support in the y direction, the current through the electromagnets of the pairs (13, 15) and (17, 19) is controlled by electronic control circuits 25a and 25b, respectively (see Figure 2). The control circuits 25a and 25b are identical. Each of the two pairs of electromagnets (13, 15) and (17, 19) is provided with a contactless capacitive position sensor 29, 31 of a customary type which is arranged in one of the two electromagnets of the respective pair (13, 15) , (17, 19) (see Figure 2).

Elk van de positiesensoren 29, 31 meet in bedrijf de grootte van de luchtspleet 23 tussen de geleidebalk 1 en de elektromagneet 13, 17 waarin de betreffende positiesensor 29, 31 is aangebracht. Door de regelcircuits 25a, 25b wordt de gemeten grootte van de luchtspleten 23 vergeleken met een gewenste grootte en wordt een van het verschil tussen de gewenste en de gemeten grootte afhankelijke regelstroom door de elektromagneten 13, 15, 17, 19 gestuurd, zodat de gemeten grootte onder invloed van de op de geleidebalk 1 uitgeoefende elektromagnetische krachten gelijk wordt aan de gewenste grootte. In het volgende zal nader worden ingegaan op de werking en de eigenschappen van de regelcircuits 25a, 25b.In operation, each of the position sensors 29, 31 measures the size of the air gap 23 between the guide beam 1 and the electromagnet 13, 17 in which the respective position sensor 29, 31 is arranged. Control circuits 25a, 25b compare the measured size of the air gaps 23 with a desired size and a control current dependent on the difference between the desired and the measured size is sent by the electromagnets 13, 15, 17, 19, so that the measured size under the influence of the electromagnetic forces exerted on the guide beam 1 becomes equal to the desired size. The operation and properties of the control circuits 25a, 25b will be discussed in more detail below.

In figuur 4a is op schematische wijze een eerste uitvoeringsvorm van de elektronische regelcircuits 25a en 25b weergege- -ven. In elk regelcircuit 25a, 25b is een elektrische uitgang van de _ betreffende positiesensor 29, 31 verbonden met een eerste elektrische ingang van een als een comparator 33 functionerende sommeerschakeling. Door middel van de comparator 33 wordt een uitgangssignaal upos (spanningssignaal) van de positiesensor 29, 31, dat in grootte wordt bepaald door de grootte van de luchtspleet 23, vergeleken met een ingangssignaal ugew van een tweede elektrische ingang van de comparator 33, dat in grootte wordt bepaald door de gewenste grootte van de luchtspleet 23. Een uitgangssignaal ucom van de comparator 33 is gelijk aan het verschil ugew - upos van de beide ingangssignalen van de comparator 33. Het signaal ucom vormt een ingangssignaal voor een elektronische regelaar 35. De regelaar 35 is een op zichzelf bekende en gebruikelijke PID-regelaar met een proportionele, integrerende en differentiërende regelactie, die het signaal ucom omvormt tot een regelsignaal upid (spanningssignaal) dat bepalend is voor de grootte van de regelstroom door de elektromagneten 13 en 15.Fig. 4a schematically shows a first embodiment of the electronic control circuits 25a and 25b. In each control circuit 25a, 25b, an electrical output of the respective position sensor 29, 31 is connected to a first electrical input of a summing circuit functioning as a comparator 33. By means of the comparator 33, an output signal upos (voltage signal) of the position sensor 29, 31, which is determined in magnitude by the size of the air gap 23, is compared with an input signal ugew of a second electrical input of the comparator 33, which is size is determined by the desired size of the air gap 23. An output signal ucom of the comparator 33 is equal to the difference ugewupos of the two input signals of the comparator 33. The signal ucom forms an input signal for an electronic controller 35. The controller 35 is a well-known and conventional PID controller with a proportional, integrating and differentiating control action, which converts the signal ucom into a control signal upid (voltage signal) which determines the magnitude of the control current through the electromagnets 13 and 15.

Zoals in figuur 4a is weergegeven is een elektrische uitgang van de regelaar 35 via een eerste tak 37 van het regelcircuit 25 verbonden met de elektromagneet 15 en via een tweede tak 39 van het regelcircuit 25 verbonden met de elektromagneet 13. De tak 37 is voorzien van een elektronische gelijkrichter 41a, terwijl de tak 39 is voorzien van een elektronische gelijkrichter 41b en een invertor 43, die de polariteit van het signaal up£d in de tak 39 omkeert. De gelijkrichters 41a en 41b, die elk als een ideale diode werken, zijn van een op zichzelf gebruikelijke soort en zijn elk uitgevoerd als een operationele versterkerschakeling met een enkelzijdige gelijkrichtende werking (zie figuur 4b). Toepassing van een enkele diode in plaats van elk van de gelijkrichters 41a, 41b is niet mogelijk, omdat de drempelspanning van een dergelijke diode te groot is in verhouding tot het spanningssignaal upid’ Door toepassing van de gelijkrichters 41a, 41b volgens figuur 4b wordt een ideale diodefunctie bereikt met een nauwkeurige nulovergang. Door toepassing van de invertor 43 wordt verder bereikt, dat de gelijkrichters 41a en 41b ten opzichte van het signaal up^d elektrisch tegengesteld gericht zijn, zoals in figuur 4 op schematische wijze is weergegeven. De functie van de gelijkrichters 41a, 41b in het regelcircuit 25 wordt in het navolgende nog nader toegelicht.As shown in Figure 4a, an electrical output of the controller 35 is connected to the electromagnet 15 via a first branch 37 of the control circuit 25 and is connected to the electromagnet 13 via a second branch 39 of the control circuit 25. The branch 37 is provided with an electronic rectifier 41a, while the branch 39 is provided with an electronic rectifier 41b and an inverter 43, which reverses the polarity of the signal upd in branch 39. The rectifiers 41a and 41b, each acting as an ideal diode, are of a conventional type per se and are each constructed as an operational amplifier circuit with a one-sided rectifying action (see Figure 4b). The use of a single diode instead of each of the rectifiers 41a, 41b is not possible, because the threshold voltage of such a diode is too great in relation to the voltage signal upid. By using the rectifiers 41a, 41b according to Figure 4b, an ideal diode function achieved with an accurate zero transition. By using the inverter 43 it is furthermore achieved that the rectifiers 41a and 41b are electrically opposed to the signal upd, as schematically shown in Figure 4. The function of the rectifiers 41a, 41b in the control circuit 25 will be explained in more detail below.

Zoals verder in figuur 4a is weergegeven is de uitgang van -de regelaar 35 via de gelijkrichter 41a in tak 37 verbonden met een _- versterkereenheid 45 van een op zichzelf gebruikelijke soort, die is voorzien van een operationele versterker 47. Door middel van de versterkereenheid 45 wordt het spanningssignaal Upi<j versterkt tot een regelstroom i-| door de elektromagneet 15. Verder is de uitgang van de regelaar 35 via de gelijkrichter 41b in tak 39 verbonden met een versterkereenheid 49 die van eenzelfde soort is als de genoemde versterkereenheid 45 en voorzien is van een operationele versterker 51. Met behulp van de versterkereenheid 49 wordt het spanningssignaal Upj^ versterkt tot een regelstroon door de elektromagneet 13.As further shown in Figure 4a, the output of the regulator 35 is connected via the rectifier 41a in branch 37 to an amplifier unit 45 of a conventional type, which is provided with an operational amplifier 47. By means of the amplifier unit 45, the voltage signal Upi <j is amplified to a control current i- | by the electromagnet 15. Furthermore, the output of the regulator 35 is connected via the rectifier 41b in branch 39 to an amplifier unit 49 which is of the same type as the said amplifier unit 45 and is provided with an operational amplifier 51. With the aid of the amplifier unit 49 the voltage signal Upj ^ is amplified to a control current by the electromagnet 13.

Door de in figuur 4a getoonde regelcircuits 25a en 25b worden alleen regelstromen i-j en ig door de elektromagneten 13, 15, 17, 19 gestuurd. Een basisstroom, zoals toegepast bij de in de inleiding beschreven bekende inrichting, wordt bij de in figuur 4a weergegeven inrichting niet toegepast. Een dergelijke regeling zonder basisstroom is mogelijk door toepassing van de reeds genoemde gelijkrichters 41a, 41b en de invertor 43 in de regelcircuits 25a, 25b. Door de gelijkrichters 41a, 41b en de invertor 43 op de in figuur 4a aangegeven wijze op te nemen in de regelcircuits 25a, 25b wordt bereikt, dat bij een statische belasting van de tafel 5 alleen elektromagneet 13 van een regelstroom 12 wordt voorzien en i-j gelijk aan nul is indien de gemeten grootte van de luchtspleet 23 groter is dan de gewenste grootte. Bij | een dergelijke belasting wordt alleen elektromagneet 15 van een regelstroom ii voorzien en is i2 gelijk aan nul als de gemeten grootte van j de luchtspleet 23 kleiner is dan de gewenste grootte. Aldus functioneren de gelijkrichters 41a, 41b in combinatie met de invertor 43 als een elektrische schakelaar die de regelstroom toelaat tot slechts een van de beide elektromagneten 13, 15. Door de polariteit van het signaal Upid wordt daarbij bepaald welk van de beide elektromagneten 13, 15 van de regelstroom wordt voorzien en aldus een kracht uitoefent op de geleidebalk 1, zodat altijd een verschil in de door de elektromagneten 13, 15 uitgeoefende krachten wordt bereikt.Due to the control circuits 25a and 25b shown in Figure 4a, only control currents i-j and ig are sent through the electromagnets 13, 15, 17, 19. A base current, as used in the known device described in the introduction, is not used in the device shown in Figure 4a. Such a control without base current is possible by using the aforementioned rectifiers 41a, 41b and the inverter 43 in the control circuits 25a, 25b. By incorporating the rectifiers 41a, 41b and the inverter 43 in the control circuits 25a, 25b in the manner shown in Figure 4a, it is achieved that, with a static load on the table 5, only electromagnet 13 is supplied with a control current 12 and the same is zero if the measured size of the air gap 23 is greater than the desired size. At | such a load is only supplied with electromagnet 15 of a control current ii and is i2 equal to zero if the measured size of the air gap 23 is smaller than the desired size. Thus, the rectifiers 41a, 41b in combination with the inverter 43 function as an electric switch allowing the control current to only one of the two electromagnets 13, 15. The polarity of the signal Upid thereby determines which of the two electromagnets 13, 15 the control current is supplied and thus exerts a force on the guide beam 1, so that a difference in the forces exerted by the electromagnets 13, 15 is always achieved.

Doordat een basisstroom door de elektromagneten 13, 15 1 i ontbreekt en slechts een der beide elektromagneten 13, 15 een regel- i stroom ontvangt, zijn de elektrische weerstandsverliezen van de elektromagneten 13, 15 laag. In een onbelaste toestand van de tafel 5 zijn de weerstandsverliezen zelfs verwaarloosbaar klein.Due to the lack of a base current through the electromagnets 13, 15 and only one of the two electromagnets 13, 15 receiving a control current, the electrical resistance losses of the electromagnets 13, 15 are low. In the unloaded state of the table 5, the resistance losses are even negligibly small.

In figuur 5 is op schematische wijze een tweede uitvoerings^ vorm van de regelcircuits 25a, 25b weergegeven. In deze uitvoeringsvorm wordt in plaats van de in de uitvoeringsvorm volgens figuur 4a toegepaste gelijkrichters 41a, 41b en de convertor 43 een digitale regelaar 53 met een logische schakelfunctie toegepast. Naast een besparing van het aantal componenten in de regelcircuits 25a, 25b wordt ook een eenvoudige en snelle uitwisselbaarheid van de componenten bereikt.Figure 5 schematically shows a second embodiment of the control circuits 25a, 25b. In this embodiment, instead of the rectifiers 41a, 41b and the converter 43 used in the embodiment of Figure 4a, a digital controller 53 having a logic switching function is used. In addition to a saving in the number of components in the control circuits 25a, 25b, a simple and rapid exchangeability of the components is also achieved.

In figuur 6 is op schematische wijze een derde uitvoeringsvorm van de regelcircuits 25a, 25b weergegeven. In deze uitvoeringsvorm wordt slechts één versterkereenheid 55 toegepast, die gemeenschappelijk is voor de beide elektromagneten 13, 15. De versterkereenheid 55 is van eenzelfde soort als de in de uitvoeringsvormen volgens de figuren 4a en 5 toegepaste versterkereenheden 45, 49 en is voorzien van een operationele versterker 57. In de takken 37 en 39 zijn respectievelijk dioden 59 en 61 opgenomen. De dioden 59 en 61 zijn elektrisch tegengesteld gericht ten opzichte van de regelstroom i, zodat de regelstroom in afhankelijkheid van de richting van de regelstroom, slechts in een van de beide elektromagneten 13, 15 wordt toegelaten. Toepassing van de dioden 59, 61 is in deze uitvoeringsvorm mogelijk, omdat een uitgangsspanning van de versterkereenheid 55 groot is in verhouding tot de drempelspan-ning van de dioden 59, 61.Figure 6 schematically shows a third embodiment of the control circuits 25a, 25b. In this embodiment, only one amplifier unit 55 is used, which is common to the two electromagnets 13, 15. The amplifier unit 55 is of the same type as the amplifier units 45, 49 used in the embodiments according to Figures 4a and 5 and is provided with an operational amplifier 57. Diodes 59 and 61 are included in branches 37 and 39, respectively. The diodes 59 and 61 are electrically opposed to the control current i, so that the control current, depending on the direction of the control current, is admitted only in one of the two electromagnets 13, 15. Use of the diodes 59, 61 is possible in this embodiment, because an output voltage of the amplifier unit 55 is large in relation to the threshold voltage of the diodes 59, 61.

Opgemerkt wordt, dat de in het voorgaande beschreven inrichting bij uitstek geschikt is om als elektromagnetisch lager te worden toegepast in een optisch lithografische positioneerinrichting voor de vervaardiging van maskers toegepast in de fabricage van geïntegreerde schakelingen. Bij dergelijke positioneerinrichtingen en ook bij andere precisiemachines met elektromagnetische lagers kunnen maatonnauwkeurig-heden ontstaan ten gevolge van warmte-ontwikkeling in de elektromagneten. Door toepassing van een inrichting volgens de figuren 4a, 5 of 6 kunnen dergelijke onnauwkeurigheden worden voorkomen.It should be noted that the above-described device is ideally suited for use as an electromagnetic bearing in an optical lithographic positioning device for the manufacture of masks used in the fabrication of integrated circuits. With such positioning devices and also with other precision machines with electromagnetic bearings, dimensional inaccuracies can arise due to heat development in the electromagnets. Such inaccuracies can be prevented by using a device according to figures 4a, 5 or 6.

Verder wordt opgemerkt, dat bij de in figuur 5 weergegeven uitvoeringsvorm in plaats van de regelaar 35 en de digitale schakelaar 53 een digitale regelaar kan worden toegepast, waarin de functies van de regelaar 35 en de digitale schakelaar 53 zijn geïntegreerd.It is further noted that in the embodiment shown in Figure 5, instead of the controller 35 and the digital switch 53, a digital controller can be used, in which the functions of the controller 35 and the digital switch 53 are integrated.

Tevens wordt opgemerkt, dat ten gevolge van het kwadratische verband tussen de elektromagnetische kracht en de stroom de inrichting in een onbelaste toestand van de tafel 5 een stijfheid heeft die nihil is. Als gevolg hiervan kan de tafel 5 in onbelaste toestand een geringe trilling (enkele tienden van een micrometer) uitvoeren. Bij vele toepassingen is deze trilling echter niet bezwaarlijk, temeer omdat de grootte en de frequentie van de trilling in een ontwerpstadium bepaald kunnen worden.It is also noted that, due to the quadratic relationship between the electromagnetic force and the current, the device in the unloaded state of the table 5 has a stiffness that is nil. As a result, the table 5 can exert a small vibration (several tenths of a micrometer) in an unloaded state. In many applications, however, this vibration is not inconvenient, especially since the magnitude and frequency of the vibration can be determined at a design stage.

Tenslotte wordt opgemerkt, dat bij de inrichtingen volgens de figuren 1 tot en met 6 twee vrijheidsgraden van de tafel 5 worden onderdrukt door middel van twee paren elektromagneten (13, 15) en (17, 19), namelijk een translatie evenwijdig aan de y-richting en een rotatie om een evenwijdig aan de z-richting gerichte rotatie-as. Door toepassing van meer paren elektromagneten bij een dergelijke inrichting kunnen uiteraard ook meer dan twee vrijheidsgraden van het te ondersteunen lichaam onderdrukt worden. In de inrichtingen volgens de figuren 1 tot en met 6 zijn de elektromagneten 13, 15 tegenover elkaar aan weerskanten van de geleidebalk 1 aangebracht. De beide elektromagneten van een paar kunnen uiteraard ook op een andere wijze opgesteld zijn, namelijk met de U-vormige zijden van elkaar af. In dit geval bevindt het paar 13, 15 zich tussen een eerste en een tweede deel van de geleidebalk, waarbij de beide delen evenwijdig zijn.Finally, it is noted that in the devices according to Figures 1 to 6 two degrees of freedom of the table 5 are suppressed by means of two pairs of electromagnets (13, 15) and (17, 19), namely a translation parallel to the y- direction and a rotation about an axis of rotation parallel to the z direction. By using more pairs of electromagnets with such a device, it is of course also possible to suppress more than two degrees of freedom of the body to be supported. In the devices according to Figures 1 to 6, the electromagnets 13, 15 are arranged opposite each other on either side of the guide beam 1. The two electromagnets of a pair can of course also be arranged in a different manner, namely with the U-shaped sides apart. In this case, the pair 13, 15 is located between a first and a second part of the guide beam, the two parts being parallel.

i ii i

JJ

Claims

1. Device for positioning a body in at least one support direction, wherein the body is supported between a pair of opposed electromagnets viewed in the support direction, while, using a position sensor and an electronic controller, an electric current is supplied in the two electromagnets of the pair are controllable as a function of a difference between a position of the body measured with the position sensor relative to the electromagnets and a desired position, characterized in that between the controller and the two electromagnets controlled by the controller an electric switch which, depending on the polarity of a control signal from the controller, allows the current to flow to only one of the two electromagnets.

Device according to claim 1, characterized in that the electric switch is a circuit in which an electronic rectifier unique to the respective electromagnet is connected between the regulator and each of the two electromagnets controlled by the regulator and wherein the two rectifiers are electrically opposite are targeted.

Device according to claim 1, characterized in that the electric switch is a digital controller with a logic switching function.

Device according to claim 1, characterized in that the electric switch is a circuit in which a diode unique to the respective electromagnet is switched between an amplifier unit shared by the controller and common to the two electromagnets, and wherein both diodes are electrically opposite.